L'acclimatation à la chaleur chez les souris nécessite des neurones BDNF préoptiques et une potentialisation postsynaptique

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Contexte académique

L’acclimatation à la chaleur (Heat Acclimation, HA) est une réponse adaptative essentielle chez les mammifères exposés de manière répétée à des environnements à haute température, cruciale pour améliorer la fonction cardiovasculaire, le confort thermique et la capacité d’exercice. Cependant, en raison du manque de modèles génétiquement manipulables, les mécanismes moléculaires et neuronaux sous-jacents à l’acclimatation à la chaleur n’ont pas encore été entièrement élucidés. Des études antérieures ont montré que le facteur neurotrophique dérivé du cerveau (Brain-Derived Neurotrophic Factor, BDNF) dans la région préoptique (Preoptic Area, POA) est impliqué dans la réponse de défense thermique, mais son rôle spécifique dans l’acclimatation à la chaleur reste incertain. Par conséquent, cette étude vise à explorer, à travers un modèle murin, le rôle des neurones BDNF dans l’acclimatation à la chaleur et les mécanismes des circuits neuronaux en aval.

Source de l’article

Cette étude a été réalisée conjointement par Baoting Chen, Cuicui Gao et d’autres chercheurs issus d’institutions telles que ShanghaiTech University et Shanghai University of Traditional Chinese Medicine. L’article a été reçu le 24 octobre 2024, accepté le 7 décembre 2024, et publié en ligne le 26 décembre 2024 dans la revue Cell Research, avec le DOI 10.1038/s41422-024-01064-6.

Processus et résultats de la recherche

1. Établissement du modèle d’acclimatation à la chaleur

Les chercheurs ont d’abord évalué trois protocoles différents d’acclimatation à la chaleur, et ont finalement établi un protocole efficace : exposer les souris quotidiennement à 38°C pendant 2 heures, pendant 10 jours consécutifs. Ce protocole a significativement amélioré la tolérance à la chaleur des souris, comme en témoigne une augmentation modérée de la température corporelle centrale (Tcore) lors des expositions ultérieures à haute température. De plus, la consommation d’eau des souris a augmenté de manière significative pendant la période d’acclimatation, tandis que l’apport alimentaire et le poids corporel n’ont pas changé de manière significative.

2. Effets physiologiques de l’acclimatation à la chaleur

Après l’acclimatation à la chaleur, les souris ont montré une tolérance prolongée à la Tcore lors du test de tolérance à la chaleur (Heat Tolerance Test, HTT) à 40°C, et une réduction significative des comportements anxieux. Plus précisément, dans le test en champ ouvert (Open Field Test, OFT) et le test du labyrinthe en croix surélevé (Elevated Plus Maze, EPM), les souris ont montré une augmentation des comportements exploratoires. Cependant, l’acclimatation à la chaleur n’a pas affecté la préférence thermique ou la perception de la douleur chez les souris.

3. Rôle des neurones BDNF

L’étude a révélé que l’acclimatation à la chaleur augmentait significativement l’expression de BDNF dans la région préoptique médiale (Medial Preoptic Area, MPO). De plus, les neurones BDNF dans la MPO (MPOBDNF) ont montré une sensibilité thermique intrinsèque plus élevée après l’acclimatation, avec une augmentation de la proportion de neurones sensibles à la chaleur (Warm-Sensitive Neurons, WSNs) de 22,7% à 43,3%. En inhibant les neurones MPOBDNF, les chercheurs ont constaté que les effets bénéfiques de l’acclimatation sur la Tcore et l’anxiété étaient presque complètement annulés, indiquant que ces neurones jouent un rôle clé dans l’acclimatation à la chaleur.

4. Exploration des circuits neuronaux en aval

Les chercheurs ont également découvert que les neurones MPOBDNF médiatisent les effets de l’acclimatation à la chaleur en se projetant vers l’hypothalamus dorsomédian (Dorsomedial Hypothalamus, DMH) et le raphé pâle rostral (Rostral Raphe Pallidus, rRPa). Le blocage de ces voies de projection a presque complètement supprimé les effets bénéfiques de l’acclimatation sur la Tcore et l’anxiété. De plus, BDNF, via son récepteur TrkB dans le DMH, renforce les connexions synaptiques excitatrices entre les neurones MPOBDNF et DMH, favorisant ainsi l’effet anxiolytique de l’acclimatation à la chaleur.

5. Mécanismes de la plasticité synaptique

L’étude a montré que l’acclimatation à la chaleur, via la voie de signalisation BDNF-TrkB, renforce la transmission synaptique excitatrice dans la voie MPOBDNF→DMH, comme en témoigne une augmentation de l’amplitude des courants postsynaptiques excitateurs (Excitatory Postsynaptic Currents, EPSCs). Cette plasticité synaptique dépend principalement d’une augmentation de la conductance ionique postsynaptique, plutôt que d’un changement dans la probabilité de libération présynaptique de glutamate.

Conclusion et signification

Cette étude révèle pour la première fois le rôle clé des neurones BDNF dans l’acclimatation à la chaleur chez la souris et éclaire les mécanismes spécifiques du circuit neuronal MPOBDNF→DMH/rRPa dans ce processus. L’étude montre que l’acclimatation à la chaleur, en augmentant l’expression de BDNF dans la MPO et la sensibilité thermique intrinsèque des neurones, renforce les connexions synaptiques excitatrices entre les neurones MPOBDNF et DMH, améliorant ainsi la tolérance à la chaleur et les comportements anxieux. Cette recherche approfondit non seulement notre compréhension des mécanismes physiologiques de l’acclimatation à la chaleur, mais fournit également une base théorique pour la gestion du stress thermique et l’optimisation de l’exercice.

Points forts de la recherche

  1. Modèle innovant : Cette étude établit pour la première fois un modèle simple et reproductible d’acclimatation à la chaleur chez la souris, offrant un outil précieux pour les recherches futures.
  2. Révélation des mécanismes clés : L’étude identifie le rôle central des neurones BDNF et de leurs circuits neuronaux en aval dans l’acclimatation à la chaleur, comblant une lacune dans ce domaine.
  3. Mécanismes de plasticité synaptique : L’étude met en lumière le rôle de la voie de signalisation BDNF-TrkB dans la promotion de la plasticité synaptique via l’augmentation de la conductance ionique postsynaptique.
  4. Valeur potentielle pour les applications : Les résultats pourraient fournir de nouvelles cibles pour le développement de stratégies d’intervention contre le stress thermique et l’anxiété.

Autres informations pertinentes

L’étude note également que les niveaux de BDNF dans le sérum humain augmentent après une exposition à la chaleur, suggérant une conservation possible des mécanismes entre la souris et l’homme. Cette découverte ouvre la possibilité d’appliquer les résultats de cette recherche à l’homme.

Grâce à cette étude, nous avons non seulement approfondi notre compréhension des mécanismes neuronaux de l’acclimatation à la chaleur, mais nous avons également jeté les bases pour les futures recherches sur la gestion du stress thermique et l’optimisation de l’exercice.